Забавяне на оптична мрежа: Къде всъщност отиват вашите наносекунди

Отворете дузина ръководства за латентността на оптичната мрежа и повечето от тях ви дават същото уравнение: разстояние, разделено на скоростта на светлината в стъкло. Правилно е, подредено е и описва онази част от бюджета ви, за която не можете да направите почти нищо. Светлината през едно-модово влакно пълзи с приблизително 4,9 микросекунди на километър, зададен от индекс на пречупване близо до 1,47, и никоя поръчка за покупка не променя това число. Така че полезният въпрос никога не е бил колко бързо се движи светлината през стъкло. Ето защо връзка, която трябва да прочете 25 микросекунди време за преминаване, измерва по-близо до 40 на вашия тестов набор и къде се крият липсващите микросекунди.

 

Тази празнина е причината това ръководство да съществува. Ние изграждаме и изпращамеоптични трансивъри, така че прекарваме дните си в компонентите, живеещи между влакното и ASIC на превключвателя, и тези компоненти са точно онези, които статията за латентността на стандартната оптична-оптика пропуска.

 

 

Числото на разстоянието е етажът, а не историята

 

От край до край, закъснението обикновено се отчита като-време на отиване и връщане, въпреки че еднопосочно-закъснение има по-голямо значение, когато бюджетирате в една посока, а екипите на приложенията са склонни да наблюдават времето до първия байт, както действително усещат потребителите на симптомите. Под всичките три се намира разпространението: времето на полета на оптичния импулс. На 100 km участък от стандартно G.652 влакно този под се приземява за близо 489 микросекунди в едната посока и се измества само частично между 1310 nm и 1550 nm работа. Добре{10}}проектираните производствени мрежи често представят общо забавяне по оптичен път в ниските едноцифрени-цифрени милисекунди, след като всяко устройство бъде преброено.

 

Седнете с внушението за секунда. Забавянето на разпространение доминира в -маршрутите за дълги разстояния и е компонентът, който не можете да възстановите, без да съкратите физическия маршрут или да смените самата среда. При 5 км връзка към кампус това е грешка при закръгляване. Навсякъде, където латентността на влакното ви всъщност може да бъде възстановена, живее някъде другаде освен стъклото, което е точно мястото, където повечето ръководства спират да четат и пишат.

 

Латентността на оптична връзка е стек, а не кабел

 

Третирането на латентността като свойство на кабела е първата грешка и е лесна за допускане, защото кабелът е единствената част, която можете да видите. На практика забавянето през оптична връзка е сумата от поне пет слоя, всеки със собствен порядък на величина и свои собствени копчета.

 

Латентен компонент	Откъде идва	Типична величина	Можете ли да го настроите?
Размножаване	Преминаване на светлина през стъкло	~4,9–5 µs/km (SMF)	Само чрез дължина на маршрута или кухо-ядро
Сериализация	Тактови битове на линията	Наносекунди, мащабира се със скорост	По-високата скорост на линията я понижава
Трансивър O-E / E-O	Преобразуване на електрически в оптични и обратно	Десетки наносекунди до микросекунди	Избор на архитектура на модула
DSP + FEC	Обработка на сигнали и корекция на грешки	Десетки наносекунди до микросекунди	Избор на модул и FEC
Превключване на препращане	Запазете-и-напред или прекъснете-решението	Под-µs до няколко µs на скок	Превключване на режим и брой нива

 

Поставете реални числа върху активните слоеве и аргументът се получава сам. AEC модул, който изпращаме, добавя 85 до 110 наносекунди. Кохерентният DSP добавя микросекунди. Превключвател за съхраняване{5}}и-насочване буферира цял кадър, преди да препрати един бит от него. Подредете ги с приблизително 5 микросекунди на километър стъкло и на всяка връзка под няколко километра електрониката, а не влакното, определя пода. Абюджет за латентностизграден само от калкулатор за разпространение ще подценява реалността всеки път, поради което споразумение-за ниво на услугата, отписано от оценка на разстоянието, не е просто оптимистично. Грешно е в посоката, която генерира билети за поддръжка.

 

 

Провеждайки числата по връзка, която всъщност бихте внедрили

 

Струва си да се направи правилно математиката за размножаване, дори само за да знаете колко малка част от пая е на къси разстояния. Вземете индекса на пречупване на средата, извлечете скоростта на светлината във влакното и разделете дължината на пътя си на нея. Обхват на един-режим при индекс 1,47 дава познатите 4,9 микросекунди на километър, така че маршрут от 100 км допринася за около 490 микросекунди в едната посока, преди да се добави едно активно устройство. Закръгляването до 5 микросекунди на километър е подходящо за-приблизителна оценка на латентността на влакното на километър.

 

Две променливи саботират тази чиста фигура в полето. Първият е раздуването на пътя, тъй като влакното следва--право на пътя, а не прави линии, така че стъклото между две точки често надвишава разстоянието на картата със значителна граница. Второто е температурата. Забавянето на разпространението на едно-модовото влакно се променя с неговия индекс на пречупване, а индексът на пречупване се променя с топлината; накоефициент на забавяне на температуратана типично едно-модово влакно се намира около 7 × 10⁻⁶ на келвин, достатъчно, че връзките за прецизно синхронизиране трябва да го наблюдават и компенсират, вместо да третират забавянето като константа (arXiv). За протоколи за синхронизация, които толерират само няколко наносекунди асиметрия на обхват, това отклонение не е академично.

 

Така че честната формула е разпространение плюс измерено забавяне на устройството, а не само разпространение. Приемете това и истинската работа се премества към устройствата, където най-голямото и най--разбраното от връзката е трансивърът.

 

Трансивърът, DSP и FEC забавянията, които никой не поставя в електронната таблица

 

Най-голямата възстановима част от латентността на оптичната мрежа в модерна връзка обикновено се намира в цифровата обработка на сигнала вътре в оптиката, а не във влакното, и можем да покажем това, вместо да го твърдим. Нашите собствени AEC модули измерват 85 до 110 наносекунди допълнително забавяне. Кохерентният DSP, напротив, изразходва микросекунди за компенсиране на хроматична дисперсия, поляризационно проследяване и корекция на грешки напред, като всеки блок се изпълнява в реално време. Модулите за директно-откриване пропускат по-голямата част от тази обработка и плащат за нея при достигане. Това е целият компромис между кохерентно срещу директно-откриване на латентност в едно изречение и рефлексът да се посочи кохерентен навсякъде, защото изглежда технически превъзходен, е как късите връзки в крайна сметка носят микросекунди DSP забавяне, от което никога не са имали нужда.

 

Предната корекция на грешки заслужава свой собствен параграф, защото повечето инженери я третират като фиксиран данък, когато всъщност е циферблат. FEC добавя излишни битове в предавателя, така че приемникът да може да възстанови повредените данни, без да иска повторно предаване, и колкото по-силен е кодът, толкова по-дълго е декодирането. Ето защо а400G Ethernet връзкане работи на 400 гигабита. Той работи по-близо до 425, за да носи RS-544 кодиране, приблизително 12,5 процента FEC латентност, което купува устойчивост на грешки за сметка както на пропускателната способност, така и на времето за обработка. При чиста, кратка връзка често можете да преминете към по-лек код и директно да възстановите латентността.

 

Още двама сътрудници на-ниво устройство се крият в-дизайн за дълги разстояния. Модулите за компенсация на дисперсията, изградени по традиционния начин, добавят най-малко 60 наносекунди всеки на 80 km 1550 nm участък в нашите собствени стендови измервания и тези десетки наносекунди се натрупват във всеки участък на маршрута; влакнестите Браг решетки вършат същата работа без почти никакво допълнително забавяне, поради което операторите, обсебени от латентността, ги определят. Оптичното-електрическо-оптично преобразуване в транспондери и мултиспондери е другото, което често струва няколко микросекунди на преобразуване, така че всяка ненужна точка на регенериране по пътя е забавяне, с което сте се съгласили, без да забележите. Нито едно от тези числа не се появява в калкулатора за разстояние и всяко едно от тях е ваше да проектирате.

 

 

Когато наносекунди струват милиони

 

Никъде това счетоводство не е по-безмилостно от-честотната търговия, при която фирмите са прекарали десетилетие, доказвайки, че забавянето е редова позиция в печалбите и загубите. Често-цитираната оценка на индустрията, че една милисекунда предимство може да струва от порядъка на сто милиона долара годишно за голяма търговска операция, е числото, което реорганизира цяла инфраструктурна стратегия.

 

Тази икономика е причината търговските фирми да се разположат, като наемат стелажи в собственото съоръжение на борсата, за да свият кабелите между своите сървъри и съвпадащия двигател до няколко наносекунди транзит. Ето защо HFT маршрутите на дълги{1}}разстояния преминаха към микровълнова печка, която следва по-права линия--на видимост във въздуха, отколкото което и да е заровено влакно, и защо микроскопичните земни вибрации от далечно строителство, достатъчни да инжектират стотици наносекунди забавяне, се третират като оперативна авария. И това е причината последната миля тихо да се е превърнала в кухо-влакно със сърцевина, където светлината се движи близо до скоростта си в свободното-космическо пространство от приблизително 300 000 километра в секунда, а не близо 200 000, които управлява в твърд силициев диоксид, забавяйки обратното разпространение, който индексът на пречупване иначе налага.

 

Намаляване на латентността на влакното, без да купувате по-прав маршрут

 

Да приемем, че не можете да преместите сградите си и не можете да -прокопаете маршрута си. Все още има значително забавяне за възстановяване и почти всичко е решение за избор, а не строителен проект. Лостовете, в груб ред на печалба:

 

• Съпоставете класа на модула с обхвата, а не със спецификационния лист.Директно-откриване, където разстоянието го позволява, кохерентно само там, където наистина имате нужда, тъй като прекалено-указването на кохерентна оптика на къса връзка импортира микросекунди DSP забавяне без никаква полза.

 

• Настройте FEC на връзката, а не на навика.Една чиста кратка връзка рядко се нуждае от най-тежкия код, а по-леката връща директно времето за обработка.

 

• Проектирайте излишните O-E-O.Всяка точка за регенериране на транспондер, която можете да премахнете, спестява няколко микросекунди.

 

• Предпочитайте компенсация на дисперсията с ниско{0}}закъснение.Влакнести решетки Bragg върху модули за насипно разпръскване, където дизайнът позволява.

 

• Уважавайте физическия слой.Единично огъване над минималния радиус или замърсен конектор може да принуди връзката да премине в по-бавен и по-силно коригиран режим, безшумно изразходвайки латентността, за която вече сте платили.

 

Какво да търсите в лист с данни за трансивър с ниска{0}}закъснение

 

Когато латентността е изискване, листът с данни ви казва повече от обхвата и дължината на вълната, ако знаете кои редове да четете. Приоритетизирайте трептенето на модула, неговия процент на битови грешки и неговата диагностична прозрачност пред неговата основна скорост. Тези числа означават нещо само след като разберете как са измерени и дали държат на вашето растение за влакна.

 

Джитърът е първият ред. Под-пикосекундното трептене и чистите диаграми на очите през всяка лента са това, което предпазва връзката от безшумно падане в по-бавно, по-силно коригирано състояние, а модул, посочващ процент на битова грешка под 10⁻¹² при пълен обхват, ви казва, че има запас за резервиране, а не вече изразходван запас. Стандартите за физически-слой принадлежат към един и същ контролен списък: свързани съединители, държани къмIEC 61300-3-35стандарт за чистота на края и класове за достигане 800G, съхранявани вътреIEEE 802.3ckвмъкване-бюджет за загуба, тъй като връзка, която не успее, тихомълком плаща за това в допълнителна FEC работа и допълнително забавяне.

 

ЧЗВ